Výzkumníci vyvinuli roj dronů pro lokalizaci úniků plynu

Výzkumníci z Delftské technické univerzity vyvinuli první roj malých dronů, které jsou schopné autonomně detekovat a lokalizovat úniky plynu v uzavřených vnitřních prostorách. Pro nalezení úniku plynu v budově nebo průmyslovém areálu riskují hasiči své životy, protože může trvat dlouho, než se zdroj úniku zjistí. Tyto nové drony by mohly mít významné důsledky v této oblasti.

Navrhování umělé inteligence pro drony

Největší překážkou pro výzkumníky bylo navrhnout umělou inteligenci (AI) potřebnou pro tento komplexní úkol. Díky malé velikosti dronů musely být výpočetní a paměťové části přesně přizpůsobeny. Výzkumníci se spoléhali na bio-inspirovanou navigaci a strategie vyhledávání.

Výzkum byl publikován na serveru ArXiv a bude prezentován na konferenci IROS o robotice později v roce.

Co je potřeba pro autonomní lokalizaci zdroje plynu

Úkol autonomní lokalizace zdroje plynu je extrémně složitý a vyžaduje umělé senzory plynu, které nejsou příliš schopné detekovat malé množství plynu. Také mají problémy s udržením citlivosti na rychlé změny koncentrace plynu.

Kromě samotného úkolu také způsobuje problémy prostředí, pokud je komplexní. Z těchto důvodů se tradiční výzkum soustředil na jednotlivé roboty, které hledají zdroj plynu v malých, bezpřekážkových prostředích.

Guido de Croon je plný profesor laboratoře Micro Air Vehicle na TU Delft.

“Jsme přesvědčeni, že roje malých dronů jsou slibnou cestou pro autonomní lokalizaci zdroje plynu,” říká Guido de Croon. “Malá velikost dronů je velmi bezpečná pro lidi a majetek, který je ještě v budově, zatímco jejich létající schopnost jim umožní hledat zdroj ve třech dimenzích. Navíc, jejich malá velikost jim umožňuje létat v úzkých vnitřních prostorách. Nakonec, mít roj těchto dronů umožňuje jim lokalizovat zdroj plynu rychleji, zatímco unikají lokálním maximům koncentrace plynu, aby našli skutečný zdroj.”

Navzdory výhodám těchto vlastností, také způsobují problémy pro inženýry, aby implementovali AI do dronů pro autonomní lokalizaci zdroje plynu. Kvůli omezením kolem senzorů a zpracování na palubě, nejsou algoritmy AI používané ve vozidlech s autonomním řízením použitelné. Kvůli tomu, že operují ve smečkách, drony také potřebují vyhnout se srážkám mezi sebou, zatímco spolupracují.

Bart Duisterhof provedl výzkum na TU Delft.

“Ve skutečnosti, v přírodě existuje mnoho příkladů úspěšné navigace a lokalizace zdroje pachu v rámci přísných omezení zdrojů,” říká Duisterhof. “Pouze si vzpomeňte, jak ovocné mušky s jejich malými mozky z ~100 000 neuronů infallibly lokalizují banány ve vaší kuchyni v létě. Dělají to tak, že kombinují jednoduché chování, jako je létání proti větru nebo ortogonálně k větru, v závislosti na tom, zda cítí pach. Ačkoli jsme nemohli přímo zkopírovat toto chování kvůli absenci senzorů proudění vzduchu na našich robotích, jsme našim robotům vdechli podobná jednoduchá chování, aby zvládli úkol.”

https://www.youtube.com/watch?v=hj_SBSpK5qg

Malé drony spoléhají na nový algoritmus “bug” nazvaný “Sniffy Bug”, který umožňuje dronům rozptýlit se, než detekují jakýkoli plyn. To umožňuje jim pokrýt velké prostory a vyhnout se překážkám nebo sobě navzájem.

Jakmile jeden z dronů detekuje plyn, komunikuje to ostatním, které se pak spolupracují, aby našly zdroj plynu co nejrychleji. Konkrétněji, drony provádějí vyhledávání maximální koncentrace plynu pomocí algoritmu “particle swarm optimization”, nebo PSO, kde každý dron působí jako částice.

Algoritmus byl inspirován sociálním chováním a pohybem hejn ptáků, s každým dronem se pohybujícím na základě svého vlastního vnímaného nejvyššího umístění koncentrace plynu, nejvyššího umístění hejna, a jeho současného směru pohybu a setrvačnosti. Jednou z výhod PSO je, že vyžaduje pouze měření koncentrace plynu bez gradientu koncentrace plynu nebo směru větru.

“Tento výzkum ukazuje, že roje malých dronů mohou provádět velmi komplexní úkoly,” říká Guido. “Doufáme, že tato práce bude inspirací pro andere robotics výzkumníky, aby přehodnotili typ AI, který je nutný pro autonomní let.”